清潔潔淨室


在嚴苛的製造環境中,潔淨室擦拭紙與擦拭棒對於提升生產力和產品品質相當重要。
Bruce Flickinger
儘管有新技術、新化學品與增值,潔淨室消耗品對供應商與用戶都一樣,是由兩個原則驅使著:他們必須恰當且一貫地作用著,且必須非常的「經濟」。對於擦拭紙與擦拭棒的功用來說,其必須從潔淨室移除不必要的材料,且不能有殘留。這些工具是保持環境與產品免於污染的關鍵,但是當一家公司重新評估其營運成本或品質因素時,他們普及與功利的樣子傾向於將他們排在考量清單之末。
哪裡是一定會有改變的,例如哪裡缺陷率提高了或是供給出現障礙或是特殊耗材的品質受到供應商的再次檢視,需要評估效能以比較產品並根據報告做決定,但是改變不容易發生在關鍵製造工業,特別是那些已經規則化與審核,相較於再次檢視拭巾及其他消耗品的使用,機器設備擴張、設備升級等通常被認為會有很大的影響。
「用戶不太可能改變他們的潔淨室程序或是產品,除非這麼做有顯著的利益」Kimberly-Clark Professional(Roswell, GA)研究員Kim MacDougall說。「在潔淨室裡擦拭巾的用法很難產生改變,因為多次性耗材屬於較低排序產品範圍。」
「若時間許可,工廠會考慮接受重新評估擦拭紙效能的意見,並且決定是否應該為品質或成本效率因素而考慮其他產品」ITW Texwipe(Mahwah, NJ)技術主任Howard Siegerman博士補充說「用戶必須考慮一個問題,如果我們開始進行這項效能評估,我們是否有資源得以實現它?而且這麼做的效益是什麼?如果它沒有破壞,就不要修理它為普遍的態度。」
Follow the money
態度正在改變,關鍵製造業界與硬碟機製造的容許度變的更緊,在個別項目上,製造線與設備變的更小,使微粒與離子的污染問題變成必須關心的大事。「對於在半導體市場上的縮小線寬與300毫米晶圓,微粒污染的重要性自然增加」,Milliken Anticon Products(LaGrange, GA)業務經理Chris Roman說。
在硬碟機製造業裡,American CleanStat LLC(ACS; Anaheim, CA)總裁John Westland指出耗材供應商已經採用新材料作為擦拭棒的柄,並採用不同靜電消散與抗化學性添加物當擦拭棒的發泡材料。「一些製造商提供特殊工具與夾具,具有抗靜電或是用其他惰性尖端與產品材料做成,而手套與指套的新亞硝酸鹽與聚氨酯材料都是靜電消散的」,他說「在包裝法和擦拭上有許多壓力,必須使用不會釋氣的抗ESD(靜電放電),減少微粒與摩擦帶電」。
Westland說這問題是「這類工業是必須大量的,而這些物件數量不夠多到像傳統無ESD安全材料的價格那麼低」。HDD製造商的處境在成本與效能上呈現出拉鋸情況,其不僅生存在微薄利潤的邊緣,也同時遭受其他型態記憶元件與日俱增的競爭,如光學記憶體、快閃記憶體與USB,種種都侵蝕著HDD的市場。
另一個相關的業務驅動力是由廉價勞動力所促使蓬勃發展的海外微電子製造業。其運作上更顯勞力密集,擦拭紙與其他耗材在成本-利益公式中的占有份量更顯突出。
「半導體市場正全球性的成長著,而且有別於在美國國內的情況發展著」,MacDougall說「勞力與設備正驅使著極大的工作遷移,且其以勞力密集的形式運作著,耗材的用量增加」。在美國,相反的,半導體製造傾向於「工程外包」耗材與勞力密集的人工。
照此,在過去兩到三年間,耗材測試市場在美國相對持平,Micro-Stat Labs(Rochester, MN)總裁Carl Newberg觀察表示。「這可以歸咎於兩件事,即一大部分的製造轉移至亞洲;在亞洲的獨立實驗室數量增加,其為少部份美國國內收費實驗室工作;與品質部門的裁減。典型的工程師則無暇顧及耗材」。
根據獨立實驗室的看法,Newberg說,大部份主要的HDD業者正進行到0.3微米累計大粒子數規格,適用於硬碟機裡的很多元件。「儘管許多的耗材規格還沒改變, 我預期在不久將來他們就會改變」。他說「供應商還沒碰到這些新規格,然而,當他們碰到的時候,我預期合格供應商的數目會減少一些」。
供應商顯然的要提供高品質產品,且避免造成終端用戶生產力與產品完整性漂動,因為那可追溯到效能不佳的擦拭紙。較高級但是更昂貴的產品能提供更低污染等級,長期來看是有意義的。「就品質或生產力如何受影響而論,考慮採用的持續成本是重要的」,Texwipe的Siegerman說。「供應商必須提供節省成本與使用模式,在整個系統中減少浪費且節省金錢。」
其他並非總是存在的地理上的挑戰正也在塑造著商業習慣。「由於海外製造變得更普遍,稽查變得更不實際。公司能與在地實驗室訂約授權稽查供應商和主導測試,但是實驗室品質和其產出的結果可能有差異。」MacDougall說「大部份顧客傾向於將此測試負擔轉移給供應商。他們一般不具有執行他們自己的RP(recommended practice)測試能力。」
建議措施
「建議措施測試」是參考自美國科學與商業有關污染控制標準訂定架構,美國環境科學和技術協會(Institute of Environmental Science and Technology,IEST)發展的建議措施。用於偵測在潔淨室擦拭紙與擦拭棒上的離子、微粒與其他污染物的分析技術,詳細規定於IEST RP CC004;這份文件通用的章節為眾所皆知的RP 4.3。最初於2004發表,這份RP描述了評估、選擇與測試,潔淨度和效能有關的潔淨室與控制環境中擦拭紙的方法。其絕大部分可適用於擦拭紙,且相同的工作團隊也用相同方式訂定類似的擦拭棒RP文件。
測試與測量的標準載明於RP 4.3,包含微粒(MM/m2)、萃取物(%)、離子(ppm)、纖維脫落(MM/m2)、與成分。載明的分析技術包含離子層析,液態微粒記數或掃描式電子顯微術;非揮發殘渣nonvolatile residues (NVRs)用於以重量分析評估,如有機污染物需要鑑定時,以傅立葉轉換紅外光譜儀或是氣相層析技術配合質譜儀。這些靈敏、成熟的技術並非每個製造商都有辦法做。
「這裡也有提供一般測試的ASTM法(美國試驗與材料協會American Society for Testing and Materials, 最近更名為ASTM International),它沒有特定針對低等級的,而許多HDD和半導體潔淨室製造商對這方法有興趣。」Westland補充說。美國靜電防制協會提供測量電性如表面電阻和體電阻的測試方法,直接影響靜電荷累積與放電電壓。許多公司也訂定符合自己潔淨室人員或是運作需求的測試。
RP 4.3這個月做定期回顧,但是結果並未隨著這篇文章向前進步,而且無法由RP 4.3工作團隊得知細節。Westland相信提出的改變項目將主要關注於測試方法細節,測試的材料數量,與微粒的攪動或是移動方法。他說採用酒精或是丙酮的標準測試已經新增加入,以顯示除水之外的溶劑的測試結果。工作團隊也致力標準化測試用的微粒尺寸、使用的設備型式、與空白樣本與測試托架範圍的校準,使其更合適與可比較。「每個實驗室對測試方法的解讀有些微差異,以致在不同實驗室間產生差異,這會在0.5 微米與更小的時候急劇改變結果。」 Westland表示
尋求標準化測試
可變的測試方法與結果是客觀評估與比較擦拭紙的首要妨礙。Siegerman表達出一般見解「儘管我們在我們的測試措施中達到更好的共通性,各個廠都採用他們偏好的方式來測試,沒有使用相同的測試方法。」 RP 4.3被視為是達成標準化的有意義的且可行的方法。
許多潔淨室擦拭紙的終端用戶熟知IEST測試方法,Milliken的 Roman說,且儘管並非所有的擦拭紙製造商遵照都這些方法,EST與ASTM方法「讓擦拭紙屬性與潔淨的公平比較」。
評估擦拭紙與擦拭棒效能最理想的方式為利用一套獨立的測試或是透過在成品上使用與產量的估算。但是這些「並非全然是獨立的測試」,Westland強調。「不是他們自己執行測試就是由獨立實驗室執行測試,這樣對用戶最有利」。終端用戶也能要求製造商測試現有材料,且指定將用那個實驗室來做比較測試。
儘管經驗豐富、尖端技術的公司主導自己的耗材效能測試時,許多終端用戶依賴他們的供應商去做這件事並提供必要的文件形式的品質保證。供應商順理成章的在自家且以自認為最合適的方式執行測試,為取得獨立認證投資第三(third-party)實驗室。「潔淨室擦拭紙的主要製造商與主要終端用戶以相同的作業員與測試設備做他們自己的內部評估,以確保正進行中前後一致的品質」,Lymtech Scientific(Chicopee, MA)行銷業務副總裁Bill Lynch說。並引用第三測試實驗室來證實測試資料。
「市場上我們所服務的客戶各有各的潔淨室擦拭紙特性需求」,Lynch說「有一些規格包含缺乏確認的、批次控制產品與製程相容性保證文件,僅有獨立第三實驗室極低萃取物,微粒數量與生物負荷量等級的效能測試資料。」
產品要如何比較,要做的公平且準確的唯一辦法是在相同測試實驗室或部門,以相同手法執行相同方法的測試所有產品。「不能總是依賴各個製造商的測試規格書或結果,因為他們採用不同方法、實驗室、空白片和測量單位來測試所有變量,這會影響次微米微粒測試、釋氣、NVRs或是其他參數」,Westland說。
「對於終端用戶而言,必須知道若想要以光看製造商提供的規格資料來比較擦拭紙的優劣是很難的」Lynch補充說。
微粒捕捉
測試是用來定量一些產品屬性,但是二個最感興趣的主要性能評斷標準是:擦拭布的微粒與纖維脫落特性、以及吸收速率與吸收含量。這些各自與擦拭布對殘留可能的汙染物的特性有關聯,以及擦拭布對去除污染物的特性有關聯,這些資訊不僅對終端用戶很重要,也提供擦拭布的製作商適當製作方法的資訊。
潔淨室內用的擦拭布很接近終端用戶的產品,有時甚至會用來擦拭產品本身,就例如醫療器材與一些微電子製造。Siegerman提及,「醫療器材的需求正在改變中,因為一些例如支架的器材正開始加入主動製藥的零件」,擦拭棒也是相同情形,通常與環境表面取樣有關,也會接觸產品及用在清潔設備與生產工具內的緊密結構,例如狹